一种基于牛血清蛋白功能化的金纳米团簇光散射探针检测Cu2+浓度的方法

摘要

本发明公开了一种基于金纳米团簇光散射探针快速检测铜离子浓度的方法，包括以下步骤：制备牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）光散射探针，该光散射探针可定量检测铜离子浓度，利用铜离子与牛血清蛋白功能化的金纳米团簇的相互作用引起集聚实现对铜离子的定量检测。本发明提供的光散射检测探针易于制备和保存；所用试剂均无毒副作用；本发明的光散射检测方法灵敏度高、检出限低、线性范围宽、简便、易操作等特点。

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料应用技术领域，尤其涉及一种基于金纳米团簇光散射探针快速、灵敏检测Cu²⁺浓度的新方法。

背景技术

最近，金纳米传感器已经引起广泛的关注，由于它们对环境中的金属离子能够简便、实时的跟踪。然而，大多数现有的金传感器还是采用荧光法检测。共振光散射技术(RLS) 这种新的技术信号产生的主要原因是生色团聚集作用导致的。迄今为止，利用牛血清蛋白为模板合成荧光纳米金簇光散射方法检测铜离子的工作尚未见报道。

铜离子是动物或植物所必需的元素，铜离子广泛分布在生物体中，大多以有机复合物的形式存在。研究表明，体内缺乏铜可能引发各种疾病^[101]，人体缺乏铜会引起贫血，毛发异常，骨和动脉异常，以至脑障碍。但是，当体内铜离子的浓度过高时，会对对身体组织产生毒副作用。重金属离子污染通常具有致癌致畸致突变、毒性高、生物体内累积和降解难等特点。其中铜离子是普遍的重金属污染之一。因此，建立一种快速准确且灵敏的铜离子的检测方法具有极大的意义。目前铜离子的测定多采用电感耦合等离子体－质谱法[参见：Wu J, Boyle E A. Analytical Chemistry.1997,69, 2464-2470.]、荧光法[参见：Lin Z. J., Luo F. Q., Dong T. Q., Zheng L. Y., Wang Y. X., Chi Y.W., Chen G. N. Analyst, 2012, 137, 2394–2399.]、原子吸收光谱法[参见：Fu Y, Han M. Chinese J Spectrosc Lab. 2000, 17, 229–231.]。然而，这几种方法仍然存在一些局限性，如电感耦合等离子体通常需要与其他技术联用，原子吸收光谱法通常线性范围窄，荧光猝灭研究背景信号干扰等现象。

因此亟需一种能快速、灵敏有效检测铜离子浓度的新方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺点，提供一种简便易行、灵敏定量检测铜离子的新方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）光散射探针快速检测铜离子浓度的方法，包括以下步骤：

步骤一：合成牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）光散射探针；

步骤二：将牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）用pH= 7.0磷酸盐缓冲溶液稀释配置成浓度为0.4mM的溶液，取3ml溶液置于四面透光的比色皿中；

步骤三：加入一系列不同浓度的铜离子溶液，分别检测不同浓度铜离子对牛血清蛋白功能化的金纳米团簇探针光散射信号的影响，绘制铜离子浓度与探针的荧光强度的线性关系曲线；

步骤四：根据加入待测铜离子溶液对对牛血清蛋白功能化的金纳米团簇探针光散射信号的影响，结合步骤三得到的线性关系曲线，计算出待测铜离子的浓度。

所述步骤三中牛血清蛋白功能化的金纳米团簇0.025至200μM浓度范围内，铜离子浓度与探针的光散射强度呈现出良好的线性关系。

所述步骤三中的光散射测试条件为：荧光光谱仪的狭缝宽度设定为10nm，设置激发光波长与发射波长差值为零，扫描200至700纳米波长范围的共振散射光谱强度。

本发明的原理是：由于牛血清蛋白功能化的金纳米团簇本身有较弱的光散射性质，所以本实验直接以共振光散射法测定其光散射增强来研究，当BSA-AuNCs浓度一定时,共振光散射的强度与加入的铜离子浓度成正比。由此建立了以BSA-AuNCs为传感器通过共振光散射技术检测Cu²⁺的方法。

本发明所取得的有益技术效果为：光散射检测探针易于制备和保存；所用试剂均无毒副作用；本发明的光散射检测方法灵敏度高、检出限低、线性范围宽、简便、易操作等特点。

附图说明

图1 BSA与BSA-AuNCs溶液分别在可见光和紫外灯下的图片；

图2为BSA-AuNCs的发射光谱图。

图3 不同浓度的铜离子对BSA-AuNCs在404nm处的光散射强度影响图。

图4 BSA-AuNCs光散射强度和铜离子浓度的线性关系图。

图5 BSA-AuNCs(A)和加入铜离子后BSA-AuNCs(B)的HRTEM谱图。

具体实施方式

实施例1 合成牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）探针，共振光散射法检测铜离子浓度。

1、  合成牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）光散射探针：

   牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）是由牛血清蛋白（BSA）还原氯金酸（HAuCl₄·4H₂0）合成的。将10ml 50mg/ml的牛血清蛋白（BSA）和4.1ml 氯金酸（1%）加入圆底烧瓶中，在37℃下用磁力搅拌2 min。然后继续加入1ml 1M的氢氧化钠，溶液颜色瞬间由淡黄色变为棕色搅拌后又变为淡黄色。继续搅拌12小时，最后得到浅棕色的牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）水溶液，将溶液在4℃的条件下保存备用。牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）在480nm处激发，在622nm处得到最大荧光发射峰。牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）的共振光散射峰最大值在404nm。

2、共振光散射法检测铜离子

   将牛血清蛋白功能化的金纳米团簇（BSA-Au NCs）用磷酸盐缓冲溶液（pH 7.0）稀释配置成浓度为0.4mM的溶液，取3ml溶液置于四面透光的比色皿中。然后加入一系列浓度的硝酸铜溶液，分别检测不同浓度铜离子对金纳米团簇探针共振光散射信号的影响，溶液中铜离子的终浓度分别为25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300μM。荧光光谱仪的狭缝宽度设定为10nm，设置激发光波长与发射波长差值为零，扫描200至700纳米波长范围的共振散射光谱强度。结果显示加入铜离子后，出现光散射增强现象，且随着铜离子浓度增加，探针光散射信号强度随之增强，在0.025至200 μM浓度范围内，铜离子浓度与探针的光散射强度呈现出良好的线性关系，其检出限为0.08μM（S/N=3）。